JPH07107948B2 - Non-coherent optical non-coupling laser array - Google Patents

Non-coherent optical non-coupling laser array

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JPH07107948B2
JPH07107948B2 JP61289726A JP28972686A JPH07107948B2 JP H07107948 B2 JPH07107948 B2 JP H07107948B2 JP 61289726 A JP61289726 A JP 61289726A JP 28972686 A JP28972686 A JP 28972686A JP H07107948 B2 JPH07107948 B2 JP H07107948B2
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Description

【発明の詳細な説明】 (産業上の利用分野) この発明は非コーヒレント、非位相ロック式レーザアレ
イに関し、特に高強度で、広い範囲にわたって一様な遠
域放射分布を持ち、電気光学的ラインモジュレータ及び
電気光学的ラインプリンタの照明光源として用いるのに
極めて適した非位相ロック式つまり光学的非結合式レー
ザアレイに関する。
Description: TECHNICAL FIELD The present invention relates to a non-coherent, non-phase-locked laser array, and particularly to a high intensity, uniform far-field radiation distribution over a wide range, and an electro-optical line. It relates to a non-phase-locked or optically non-coupled laser array which is very suitable for use as a light source for a modulator and an electro-optical line printer.

(従来の技術) 従来技術では、ゼログラフィックプリンタで使われるゼ
ログラフィック光受容体等の感光性媒体上に像を生ずる
光源として、半導体レーザ及びLEDが使われてきた。こ
のような用途では、像の光強度が一様で、放射光の強度
が充分である必要がある。また、LEDを使わなければな
らないときは、一列状の光が形成されて光受容体を像に
応じて除電できるように、画素つまりピクセル毎に1個
づつ対応させたLEDの全巾アレイを設ける必要がある。
一般に、複数の発光素子(LED)アレイが1またはそれ
より多い列状に配置され、感光性媒体と光源アレイの間
に光学手段が位置されて、各アレイ光源からの光を感光
性媒体表面の単一ラインに収束させている。そして各光
源が選択的にオン/オフされ、移動する感光性媒体のラ
イン毎の露光を行なう。
(Prior Art) In the prior art, semiconductor lasers and LEDs have been used as light sources that produce images on photosensitive media such as xerographic photoreceptors used in xerographic printers. In such applications, the light intensity of the image must be uniform and the intensity of the emitted light must be sufficient. Also, when LEDs have to be used, a full width array of LEDs is provided, one for each pixel or pixel, so that a row of light is formed and the photoreceptors can be neutralized according to the image. There is a need.
Generally, a plurality of light emitting element (LED) arrays are arranged in one or more rows and an optical means is positioned between the photosensitive medium and the light source array to direct light from each array light source onto the surface of the photosensitive medium. It converges on a single line. Then, each light source is selectively turned on / off to perform line-by-line exposure of the moving photosensitive medium.

半導体レーザも収束スポットにおける強度が高いため、
回転多角形走査式プリンタ等の光源としてこれまで使わ
れてきた。しかしこれら半導体レーザは、パワーが不充
分で光強度の一様性が不適切なため、電気光学的ライン
プリンタで用いるのに最適と言えない。特に、高パワー
でコーヒレントなレーザ光源は遠域での単一ビーム中に
高強度の領域と低強度の領域を含む遠域放射分布を有す
る。すなわち、遠域放射分布が一様でない。このような
ビーム出力の横断方向に沿った強度の変化は、感光性媒
体上へのライン状露光が一様でなくなるため望ましくな
い。上記及びその他の理由から、非常に短いコーヒレン
ト長を持ち単調に強度が変化する光出力を与えるように
設計できる点で、LEDの方が電気光学的ラインプリンタ
用の光源としてより好ましい。
Since the semiconductor laser also has high intensity at the focused spot,
It has been used as a light source for rotating polygon scanning printers and the like. However, these semiconductor lasers are not optimal for use in electro-optical line printers because of insufficient power and inadequate uniformity of light intensity. In particular, a high power, coherent laser source has a far-field emission distribution that includes high-intensity regions and low-intensity regions in a single beam in the far region. That is, the far-field radiation distribution is not uniform. Such a transverse intensity variation of the beam output is undesirable because the linewise exposure on the photosensitive medium is not uniform. For the above and other reasons, LEDs are more preferred as the light source for electro-optical line printers because they can be designed to have a monotonically varying light output with a very short coherence length.

しかし一部のケースにおいて従来のLEDは、帯電されて
移動する感光性媒体を露光するという機能を効率的に果
すのに充分な出力パワーと強度を与えられなかった。ま
た、LEDはレーザと比べはるかに効率が悪い。このた
め、ゼログラフィック光受容体の用途で光源として使わ
れるLEDは、良好な光受容体の除電に充分な出力強度レ
ベルに不足する結果、プリンタ用途の光源としては多く
の場合半導体レーザの方が尚好ましいとされている。
However, in some cases, conventional LEDs have not been able to provide sufficient output power and intensity to efficiently perform the function of exposing a charged, moving photosensitive medium. Also, LEDs are much less efficient than lasers. For this reason, LEDs used as light sources in xerographic photoreceptor applications lack sufficient output intensity levels for good photoreceptor removal, and as a result, semiconductor lasers are often the preferred light source for printer applications. It is said that it is preferable.

LEDの強度が不足する問題の他、前述したように複数のL
ED及びマルチレーザ光源の個々の間で一様な光出力を確
保することも、当該分野における問題として認識されて
いる。LEDアレイからの広い光放射の強度がそのアレイ
を横切って一様であることを保証するため、例えば米国
特許第No.4,455,562に例示されているような高度な制御
系が光強度の一様性を与えるように設計されてきた。上
記特許は、LEDアレイ中の各LEDから放射される光の実質
的一様性を得るのに、2進重み付デューティサイクル制
御を利用している。
In addition to the problem of insufficient LED strength, multiple L
Ensuring uniform light output between each of the ED and multi-laser light sources is also recognized as a problem in the art. To ensure that the intensity of the broad light emission from the LED array is uniform across the array, a sophisticated control system, such as that illustrated in U.S. Pat.No. 4,455,562, provides a uniform light intensity distribution. Has been designed to give. The above patents utilize binary weighted duty cycle control to obtain a substantial uniformity of the light emitted from each LED in an LED array.

最高パワーのLEDはトップエミッタ型であるが、それで
も大部分のプリンタ用途で必要なパワー強度に不足して
いる。すなわち口径サイズ当りにつき充分な光密度が得
られない。
The highest power LEDs are top emitter, but still lack the power intensity needed for most printer applications. That is, a sufficient light density cannot be obtained per aperture size.

(発明が解決しようとする問題点) プリンタ分野における最も最近の進歩は内部全反射(TI
R)ラインモジュレータという概念で、これは感光性媒
体へアドレスするのに用いるソリッドステート形マルチ
ゲート光弁である。TIRラインモジュレータは電気光学
的材料のクリスタルバーから成り、その主面の1つに櫛
歯状電極のアレイが被着され、電気的にアドレスされる
とこれらの電極がクリスタル本体内に周期的な電場を発
生つまり誘起する。各々の電極は、アレイを横切って信
号パターンを形成する電気信号によって個々にアドレス
される。ラインモジュレータでは、高強度の巾の広いシ
ート状光ビームが必要である。ビームはクリスタルに対
し、電極を備えた主面の平面へ一定の入射角で導入され
る。TIRラインモジュレータの一例は、Robert A.Sprang
ue他の米国特許第No.4,281,904に開示されている。
(Problems to be Solved by the Invention) The most recent advance in the printer field is total internal reflection (TI
R) The concept of line modulator, which is a solid-state multi-gate light valve used to address photosensitive media. A TIR line modulator consists of a crystal bar of electro-optical material, on one of its main faces an array of comb-like electrodes is deposited, which when electrically addressed causes these electrodes to be periodic in the crystal body. Generates or induces an electric field. Each electrode is individually addressed by an electrical signal that forms a signal pattern across the array. Line modulators require a high intensity, wide sheet light beam. The beam is introduced to the crystal at a constant angle of incidence in the plane of the major surface with the electrodes. An example of a TIR line modulator is Robert A. Sprang
Ue et al., U.S. Pat. No. 4,281,904.

感光性媒体の露光プロセスを実施するため、シート状の
光ビームはTIRラインモジュレータの電気光学的エレメ
ントを介して光の光軸に対しわずかな角度で入射され、
電極を備えた内表面で内部全反射を生じる。像の連続ラ
インに含まれる画素つまりピクセルのそれぞれの集合を
表わす連続組のデジタルビットまたはアナログサンプル
が、電極アレイに逐次印加される。TIR入射光に近接し
てクリスタル内で生じる局部的な本体または周辺電場が
光を変調し、シート状光ビームの位相面を帯電された感
光性媒体上に対し像の形状に応じて変化させる。電気光
学的ラインプリンタの応用に関する例及び教示は、米国
特許Nos.4,367,925;4,369,457;4,370,029;4,437,106;4,
450,459;4,480,899及び4,483,596に見い出せる。
In order to carry out the exposure process of the photosensitive medium, the sheet-shaped light beam is incident through the electro-optical element of the TIR line modulator at a slight angle with respect to the optical axis of the light,
Internal total reflection occurs on the inner surface provided with electrodes. Successive sets of digital bits or analog samples representing respective collections of pixels or pixels contained in successive lines of the image are sequentially applied to the electrode array. A local body or peripheral electric field generated in the crystal in proximity to the TIR incident light modulates the light, causing the phase front of the sheet of light beam to change on the charged photosensitive medium depending on the shape of the image. Examples and teachings for applications of electro-optical line printers are provided in U.S. Patent Nos. 4,367,925; 4369,457; 4,370,029; 4,437,106; 4,
450,459; 4,480,899 and 4,483,596.

さらに最近になって、電気光学的ラインモジュレータ及
びラインプリンタ用として、高い出力強度及び一様な遠
域放射分布を持つ超ルミネセントLED側面光源、及び遠
域放射を接線(横断)方向に平行化し且つ近域放射を矢
状(前後)方向にモジュレータ上で収束させる光学手段
が開発された。この光学手段は、LED光源から接線及び
矢状両方向に放射された光を集める第1のレンズ系と、
接線方向の光をシート状ビームに平行化しかつ矢状方向
の光をモジュレータ上でライン像に収束させる第2の円
環体レンズとから成る。像形成手段がモジュレータと記
録媒体の間で光学的に位置合わせされ、モジュレータを
ラインプリンタの記録媒体上に像形成する。この点につ
いては、特開昭61−232686号公報を参照されたい。
More recently, for electro-optic line modulators and line printers, a superluminescent LED side light source with high output intensity and uniform far-field distribution, and tangential (transverse) direction parallelization of the far-field radiation have been developed. And optical means have been developed to focus the near field radiation in the sagittal (front-back) direction on the modulator. The optical means includes a first lens system that collects light emitted from the LED light source in both tangential and sagittal directions,
A second toric lens for collimating the light in the tangential direction to the sheet-like beam and converging the light in the sagittal direction into a line image on the modulator. Imaging means are optically aligned between the modulator and the recording medium to image the modulator onto the recording medium of the line printer. Regarding this point, refer to JP-A-61-232686.

このようなマルチゲートつまり電気光学的モジュレータ
を用いたLEDは、ダイオードレーザアレイで見られるシ
ャープなまたは不規則な構造を生じずに、放射分布が広
く予測可能な方法で単調に変化するため、プリンタ用途
の光源としてほゞ理想的な特性を持つ。さらに、LEDの
光スペクトルは充分に広いので、光干渉効果を無視でき
る。しかし、LED光は多くの異った方向に放射されるの
で、LEDはその固有な性質上ダイオードレーザより全体
効率例えば変換効率が低く、従って同程度な出力パワー
のLEDはダイオードレーザ光源より高い温度及び高い入
力パワーで動作させる必要がある。
LEDs with such multi-gate or electro-optic modulators allow printers to have a monotonically varying emission distribution in a wide and predictable manner without the sharp or irregular structures found in diode laser arrays. It has almost ideal characteristics as a light source for applications. Moreover, the light spectrum of the LED is wide enough to neglect the light interference effect. However, because LED light is emitted in many different directions, LEDs have lower overall efficiency, such as conversion efficiency, than diode lasers due to their inherent properties, so LEDs of comparable output power have higher temperatures than diode laser sources. And need to operate with high input power.

つまり、LEDの非コーヒレント性とダイオードレーザの
効率を兼ね備えた光源が、ラインモジュレータ及びプリ
ンタの用途において望ましい。
That is, a light source that combines the noncoherence of an LED with the efficiency of a diode laser is desirable in line modulator and printer applications.

(問題点を解決するための手段) この発明によれば、非コーヒレントなダイオードレーザ
アレイ光源がシート状で、一様で、高強度な光を与えら
れる単一のソリッドステート光源として使われ、光源は
密接に近付けて離間配置されているが相互に結合されな
いダイオードレーザのアレイから成る。重要なのは、レ
ーザアレイの個々のレーザつまり放射体が相互にランダ
ムな位相で動作すること、すなわち充分に消散して相互
の位相が結合されないことである。すなわち、アレイ中
の各レーザが他のレーザと独立に振動すれば、その光学
的位相及び/又は周波数はランダムにドリフトする結
果、アレイ中の隣接して位置したダイオードレーザのビ
ーム間でなく個々の各レーザ内でのみ光干渉が生じるこ
とを可能とする。
(Means for Solving the Problems) According to the present invention, a non-coherent diode laser array light source is used as a single solid-state light source that is sheet-shaped, uniform, and can be provided with high intensity. Consists of an array of diode lasers that are closely spaced but not coupled to each other. What is important is that the individual lasers or radiators of the laser array operate in random phase with respect to each other, i.e., they are sufficiently dissipated that their phases are not coupled to each other. That is, if each laser in the array oscillates independently of the other lasers, its optical phase and / or frequency will drift randomly resulting in the individual beams of the diode lasers rather than between the beams of adjacent diode lasers in the array. Allows optical interference to occur only within each laser.

光学的に非結合な方法で動作する密接に近付けて離間配
置された複数のレーザのアレイを単一チップ上に作製す
るためには、各レーザキャビテイから隣り合うレーザキ
ャビティへ延びる消散域の強度を、安定な位相ロックを
達成するのに必要なレベル以下に減じる必要がある。こ
の結合解消は幾つかの方法で行なえる。例えば第1に、
通常の利得ガイド型レーザのアレイでは、非結合動作を
得るのに、個々のレーザエレメントを比較的長い距離、
例えば約50μm以上離さなければならない。しかし、ア
レイ中のレーザエレメントをそれほど大きい距離で分離
すると、個々のレーザエレメントの活性領域から広がる
無駄な光が増大するため効率が減少し、また電気光学的
モジュレータ及びラインプリンタ等特定用途のため遠域
の光を効率的に集めるのが不可能となる。さらに、分離
が大きいと個々のレーザ放射体の遠域分布の重複が減じ
るため、アレイ全体の遠域分が一様でなくなり、従って
この種の構造は電気光学的なラインプリンタにとって適
さない。一方、屈折率ガイド型レーザのアレイの場合、
アレイの個々のレーザによって与えられる光域が密に閉
じ込められる結果個々のレーザの放射体をそれほど分離
させる必要がないので、遠域分離の問題はより良好に満
足される。屈折率ガイド型及び利得ガイド型両方のレー
ザアレイにおいて、1つのレーザから隣りのレーザの導
波部つまりキャビティ内への光漏れを除去するため各レ
ーザ間で光吸収を行なうこともできるが、しきい値の上
昇と効率の減少を伴なう。従って、光吸収を含まずに密
接に近付けて離間配置した非結合アレイが最も望まし
い。
To fabricate an array of closely spaced lasers operating on an optically uncoupled method on a single chip, the intensity of the extinction region extending from each laser cavity to an adjacent laser cavity must be , Should be reduced below the level required to achieve stable phase lock. This decoupling can be done in several ways. For example, first
In a typical array of gain-guided lasers, individual laser elements can be separated by a relatively long distance to obtain decoupled operation.
For example, they should be separated by about 50 μm or more. However, separating the laser elements in the array by a very large distance reduces efficiency by increasing the wasted light that spreads out from the active area of the individual laser elements, and may also increase distance for certain applications such as electro-optic modulators and line printers. It becomes impossible to collect the light of the area efficiently. In addition, the large separation reduces the overlap of the far-field distributions of the individual laser emitters, resulting in non-uniform far-field distribution across the array, and thus such structures are not suitable for electro-optical line printers. On the other hand, in the case of an array of index-guided lasers,
The far-field separation problem is better satisfied because the light fields provided by the individual lasers of the array are tightly confined so that the emitters of the individual lasers do not need to be separated as much. In both the index-guided type and the gain-guided type laser array, light absorption can be performed between the lasers in order to remove light leakage from one laser into the waveguide portion or cavity of the adjacent laser. There is an increase in the threshold and a decrease in efficiency. Therefore, closely coupled and uncoupled arrays that do not include light absorption are most desirable.

本発明者等は、個々のレーザ放射体を斜めにズラすこ
と、あるいは不純物誘起の無秩序化(II D)を用いてア
レイのレーザキャビテイ間に隔離領域を形成することに
よって、非結合のレーザ発振動作を維持しながらアレイ
の各レーザ放射体間での必要な接近した間隔を与えるこ
とを提案する。所望の目的は、個々のレーザの光キャビ
ティをそれらの間で光結合が生じないように隔離するこ
とにある。
The present inventors have developed a method of uncoupling lasing by tilting individual laser emitters or using impurity-induced disordering (II D) to form isolation regions between the laser cavities of the array. It is proposed to provide the required close spacing between each laser emitter of the array while maintaining operation. The desired purpose is to isolate the optical cavities of the individual lasers so that optical coupling does not occur between them.

発明のより充分な理解とともに上記以外の目的及び利点
は、添付の図面を参照した以下の詳細な説明及び特許請
求の範囲の記載から明らかになろう。
Other objects and advantages besides the above, together with a fuller understanding of the invention, will become apparent from the following detailed description and claims taken in conjunction with the accompanying drawings.

(実施例) 第1及び第2図を参照すると、感光性の記録媒体13上に
像をプリントするための周辺域応答形マルチゲート光弁
またはTIRラインモジュレータ12を備えた電気光学的ラ
インプリンタ11が示してある。図示のごとく、記録媒体
13は光導電性の被覆ドラム14で、矢印13Aの方向に(不
図示の手段によって)回転される。しかし、光導電性の
被覆ベルト及びプレートさらに感光性フィルムや被覆紙
等を含め、その他のゼログラフィック式及び非ゼログラ
フィック式記録媒体も使用可能なことは明らかであろ
う。従って一般化したケースでの記録媒体13は、モジュ
レータ12に対してクロスラインまたはラインピッチ方向
に前進させながら露光される感光性媒体として例示され
るべきである。
EXAMPLES Referring to FIGS. 1 and 2, an electro-optical line printer 11 with a peripherally responsive multi-gate light valve or TIR line modulator 12 for printing an image on a photosensitive recording medium 13. Is shown. Recording medium as shown
13 is a photoconductive coating drum 14 which is rotated (by means not shown) in the direction of arrow 13A. However, it will be apparent that other xerographic and non-xerographic recording media can be used including photoconductive coated belts and plates as well as photosensitive films and coated papers and the like. Therefore, the recording medium 13 in the generalized case should be exemplified as a photosensitive medium that is exposed while being advanced in the cross line or line pitch direction with respect to the modulator 12.

第3及び4図に最も明瞭に示すように、モジュレータ12
は光学的に透明な電気光学的エレメント17と、複数の個
々にアドレス可能な電極18A〜18Iとから成る。このよう
な素子用として現在最も期待できる電気光学的材料はLi
NbO3とLiTaO3だが、DSN,KDP,KdxP,Ba2NaNb5O15及びPLZT
を含むその他の材料も考慮に値する。この特定実施例に
おいて、モジュレータ12はTIRモードで動作する。つま
り、電気光学的エレメント17は例えばLiNbO3のyカット
結晶であるのが適し、それぞれ光学研磨した対向する入
射及び出射面22、23の間に伸びた光学研磨反射面21を有
する。一般に、各々の電極18A〜18Iは1〜30ミクロン巾
で、電極相互のギャップ間隔も1〜30ミクロンである。
As shown most clearly in FIGS. 3 and 4, modulator 12
Comprises an optically transparent electro-optical element 17 and a plurality of individually addressable electrodes 18A-18I. The most promising electro-optic material for such devices is Li
NbO 3 and LiTaO 3, but DSN, KDP, KdxP, Ba 2 NaNb 5 O 15 and PLZT
Other materials, including, are also worth considering. In this particular embodiment, modulator 12 operates in TIR mode. That is, the electro-optical element 17 is preferably a y-cut crystal of LiNbO 3 , for example, and has an optically polished reflective surface 21 extending between the opposite optically polished entrance and exit surfaces 22, 23, respectively. Generally, each electrode 18A-18I is 1-30 microns wide and the gap between the electrodes is also 1-30 microns.

第1〜4図を参照してモジュレータ12の動作を簡単に検
討すると、非コーヒレントなレーザアレイ光源15からの
シート状平行化光ビーム24が前方端の光学系16と電気光
学的エレメント17の入射面22を介し、反射面21に対する
グレーズ入射角、すなわち反射面からの内部全反射に必
要な臨界入射角より小さい角度で進行する。
When the operation of the modulator 12 is briefly examined with reference to FIGS. 1 to 4, the sheet-like collimated light beam 24 from the non-coherent laser array light source 15 is incident on the optical system 16 and the electro-optical element 17 at the front end. The light travels through the surface 22 at a glaze incident angle with respect to the reflecting surface 21, that is, an angle smaller than the critical incident angle required for total internal reflection from the reflecting surface.

入射ビーム24は、電気光学的エレメント17の実質上全巾
をほゞ一様に照射するように光学系15で横方向に広げら
れるとともに、同じく光学系16によって電気光学的エレ
メント15のほゞ中央の反射面21上でクサビ状焦点24Aに
収束される。従って、入射ビーム24は反射面21から内部
全反射され、電気光学的エレメント17からその出射面23
を通って外へ出る出射ビーム25を与える。
The incident beam 24 is laterally spread by the optical system 15 so as to irradiate the electro-optical element 17 substantially uniformly over its entire width, and the optical system 16 also causes the incident beam 24 to be distributed substantially at the center of the electro-optical element 15. It is focused on the wedge-shaped focal point 24A on the reflecting surface 21 of. Therefore, the incident beam 24 is totally internally reflected from the reflecting surface 21, and is emitted from the electro-optical element 17 to its emitting surface 23.
An outgoing beam 25 is provided which exits through.

出射ビーム25の位相面つまり偏光は、電極18A〜18Iに印
加されるデータに応じて空間的に変調される。すなわ
ち、データが電極18B及び18C等任意の隣接対の電極間に
電圧降下を生じると、対応する周辺場が電気光学的エレ
メント17に結合され、その屈折率に局部的な変化を引き
起こす。このような周辺場を電気光学的エレメント17へ
効率的に結合するため、電極18A〜18Iはエレメント17の
反射面上あるいはそれに直近して支持される。電極18a
〜18IはVLSIシリコン回路28等適切な基材上に被着され
るのが好ましく、回路28は矢印28と30で示すごとく電気
光学的エレメント17に対して加圧またはその他の方法で
緊密に保持され、各電極18A〜18Iを反射面21と接触する
かあるいは少くとも密接に隣接する状態に保つ。この構
造の利点は、VLSIシリコン回路28が各電極18A〜18Iへの
必要な電気的接続を行なうのに使える点にある。あるい
は、電気光学的エレメント17の反射面17に電極18A〜18I
を被着してもよい。
The phase plane, or polarization, of outgoing beam 25 is spatially modulated in response to the data applied to electrodes 18A-18I. That is, when the data causes a voltage drop across any adjacent pair of electrodes, such as electrodes 18B and 18C, the corresponding peripheral field is coupled to the electro-optical element 17 causing a local change in its refractive index. To efficiently couple such a peripheral field to the electro-optical element 17, the electrodes 18A-18I are supported on or in close proximity to the reflective surface of the element 17. Electrode 18a
The ~ 18I is preferably deposited on a suitable substrate such as a VLSI silicon circuit 28, which is pressed or otherwise held tightly against the electro-optical element 17 as indicated by arrows 28 and 30. And keep each electrode 18A-18I in contact with, or at least in close proximity to, the reflective surface 21. The advantage of this structure is that the VLSI silicon circuit 28 can be used to make the necessary electrical connections to each of the electrodes 18A-18I. Alternatively, the electrodes 18A to 18I are formed on the reflecting surface 17 of the electro-optical element 17.
May be attached.

例示の目的上、出射ビーム25の位相面は各電極18A〜18I
に印加されるデータに応じて空間的に変調されるものと
した。従って、出射ビーム25の位相面の変調を対応した
被変調強度分布に変換するとともに、記録媒体13の表面
に所望サイズの像を得るのに必要な倍率を与えるため、
シュリーレンの中央暗域または明域像形成光学系が使わ
れる。すなわち図示のごとく、視野レンズ34、中央スト
ッパ35、及び像形成レンズ36から成る中央暗域像形成光
学系31が設けられている。視野レンズ34は電気光学的エ
レメント17の出射面23と中央ストッパ35との間で光学的
に位置合わせされ、入射ビーム25のうち0次回折成分の
実質上全てを中央ストッパ35に収束せしめる。しかし、
出射ビーム25の高次回折成分はストッパ35を迂回して散
乱し、像形成レンズ36によって集められ、像形成レンズ
36がそれらと高次回折成分を記録媒体13上に収束させモ
ジュレータ12の強度変調像を与える。
For purposes of illustration, the phase plane of exit beam 25 will be at each electrode 18A-18I.
Shall be spatially modulated according to the data applied to the. Therefore, in order to convert the modulation of the phase plane of the outgoing beam 25 into a corresponding modulated intensity distribution and to give the surface of the recording medium 13 a magnification necessary to obtain an image of a desired size,
Schlieren's central dark or bright field imaging optics are used. That is, as shown in the figure, a central dark area image forming optical system 31 including a field lens 34, a central stopper 35, and an image forming lens 36 is provided. The field lens 34 is optically aligned between the exit surface 23 of the electro-optical element 17 and the central stop 35 and focuses substantially all of the 0th order diffracted component of the incident beam 25 on the central stop 35. But,
The higher order diffractive components of the exit beam 25 bypass the stopper 35 and are scattered and collected by the imaging lens 36,
36 converges them and the higher-order diffracted components on the recording medium 13 to give an intensity-modulated image of the modulator 12.

再び第4図を参照すると、各電極18A〜18Iは個々にアド
レス可能であることに留意されたい。従って像をプリン
トするのには、像の連続する各ライン用の相互に異なっ
てコード化されたデータサンプルが各電極18A〜18Iへ逐
次加えられる。定義上の問題として、像の各ライン毎の
第1サンプルを除き、相互に異なってコード化された各
データサンプルは、特定入力データサンプルの大きさに
対応する量だけ先の相互に異なってコード化されたサン
プルの大きさと異なる大きさを有する。各ライン毎の第
1の相互に異なってコード化されたサンプルは、アース
等所定の電位に標準化されている。従って、像のある任
意のライン用の相互に異なってコード化されたデータサ
ンプルが各電極18A〜18Iへ印加されると、そのライン用
の画素がモジュレータ12における電極−電極間の電圧降
下によって忠実に表わされる。
Referring again to FIG. 4, note that each electrode 18A-18I is individually addressable. Thus, to print the image, differently coded data samples for each successive line of the image are sequentially applied to each electrode 18A-18I. The definitional problem is that, except for the first sample for each line of the image, each differently coded data sample will be differently coded earlier by an amount corresponding to the size of the particular input data sample. It has a size different from that of the liquefied sample. The first differently coded samples for each line are standardized to a predetermined potential such as ground. Thus, when differently coded data samples for any line of the image are applied to each electrode 18A-18I, the pixels for that line will be faithful to the electrode-to-electrode voltage drop in modulator 12. Represented by.

相互に異なってコード化されたデータサンプルを供給す
るため、像の連続ライン用の隣接画素つまりピクセルを
表わすシリアルな入力データサンプルが、所定のデータ
速度で差動エンコーダに印加される。このエンコーダが
入力サンプルをライン毎に差動的にコード化し、マルチ
プレクサがデータ速度と一致したリップル速度で各電極
18A〜18I上のコード化データサンプルにリップルを与え
る。入力データは、入力データ速度を任意の所望速度と
一致させるようにバッファしてもよい。
To provide differently coded data samples, serial input data samples representing adjacent pixels or pixels for successive lines of the image are applied to the differential encoder at a predetermined data rate. The encoder differentially encodes the input samples line by line, and the multiplexer multiplexes each electrode at a ripple rate that matches the data rate.
Give ripple to coded data samples on 18A-18I. The input data may be buffered to match the input data rate to any desired rate.

あるいは、一組のアース面電極(不図示だが、生入力デ
ータサンプルとして同一電圧レベルに標準化された電極
として定義される)を個々にアドレス可能な電極に対し
インタリーブ配置し、差動コード化の必要を取り除くこ
ともできる。しかし、一般的な原則として、所定の解像
度を達成するのに必要な電極数を減少できる利点の方
が、差動コード化に必要な追加の回路を設ける欠点を上
回っている。
Alternatively, a set of ground plane electrodes (not shown, but defined as electrodes standardized to the same voltage level as the raw input data sample) are interleaved with the individually addressable electrodes and require differential encoding. Can also be removed. However, as a general principle, the advantage of reducing the number of electrodes required to achieve a given resolution outweighs the disadvantage of providing the additional circuitry required for differential encoding.

プリンタ11では、光学系16が矢状方向において、例えば
1/4から1ミクロン巾のスポットであるレーザアレイ光
源からの近域光をモジュレータ12上に像形成する。この
スポット像はモジュレータ12で、1回折制限スポットの
巾に像縮小される。次いで、モジュレータ12からの出射
ビーム25は、1ミクロンの光源スポットについて10ミク
ロンのスポットに広げられる。接線方向においては、モ
ジュレータ12がレーザアレイ光源15の遠域で照明される
ように、光は光学系16によってモジュレータ12へ向かい
平行化される。
In the printer 11, the optical system 16 is, for example, in the sagittal direction,
The near-field light from the laser array light source, which is a spot 1/4 to 1 micron wide, is imaged onto modulator 12. This spot image is reduced by the modulator 12 to the width of one diffraction limited spot. The exit beam 25 from modulator 12 is then expanded into a 10 micron spot for a 1 micron source spot. In the tangential direction, the light is collimated towards the modulator 12 by the optics 16 so that the modulator 12 is illuminated in the far field of the laser array light source 15.

こうして、第4図に示した電極18Bと18C等各隣接対の電
極が電気光学的エレメント17及び読出光学系31と協働し
て局部的なモジュレータを有効に限定し、記録媒体13上
に複製すべき像の各ラインに沿って固有の、空間的に所
定の位置に画素つまりピクセルを形成する。
Thus, the electrodes of each adjacent pair such as the electrodes 18B and 18C shown in FIG. 4 cooperate with the electro-optical element 17 and the read-out optical system 31 to effectively limit the local modulator and reproduce it on the recording medium 13. Pixels or pixels are formed at unique, spatially predetermined locations along each line of the image to be formed.

シート状ビーム24をモジュレータ12の表面上でクサビ状
のライン24Aに平行化し且つ収束するための光学系16の
一例は、特開昭61−232686号公報に示されている。
An example of the optical system 16 for collimating and converging the sheet-like beam 24 on the surface of the modulator 12 to the wedge-shaped line 24A is shown in Japanese Patent Laid-Open No. 61-232686.

次に、ラインプリンタ11で用いるのに適した種類のレー
ザアレイについて説明する。一般に、レーザアレイの各
放射体は位相ロックされてはならない一方、遠域パター
ンが一様なガウス状の放射パターンになるように充分密
接に近付けて離間配置されねばならず、この放射体複合
パターンは個々のレーザ放射体つまりアレイの各レーザ
エレメントの遠域放射パターンに対応している。すなわ
ち、放射体の空間的基準は、それらの放射体が一様な遠
域パターンを形成するのに充分空間的に接近していなけ
ればならないが、同時に隣接放射体間で位相ロックを与
えないようなものでなければならない。これは従来の技
術が証明しているように、放射体相互の間隔が接近して
いると位相ロックが生じることから困難な条件である。
逆に、放射体相互の分離が安定な位相ロックを取り除く
程度に増大されると、放射体相互間の距離が大きくなる
ために遠域放射分布が一様でなくなり、遠域放射分布の
ローブ及び凹凸が残ったまゝで遠域分布を横切る方向の
一様性を妨げる。
Next, a laser array of a type suitable for use in the line printer 11 will be described. In general, the radiators of a laser array must not be phase locked, but must be closely spaced enough so that the far pattern is a uniform Gaussian radiation pattern. Corresponds to the far-field radiation pattern of an individual laser emitter or each laser element of the array. That is, the spatial reference of the radiators must be close enough in space so that they form a uniform far-field pattern, but at the same time do not give a phase lock between adjacent radiators. Must be This is a difficult condition because phase locking occurs when the radiators are closely spaced, as evidenced by the prior art.
On the contrary, when the separation between the radiators is increased to the extent that the stable phase lock is removed, the distance between the radiators becomes large and the far-field radiation distribution becomes non-uniform, and the lobe and far-field radiation distribution lobe and The unevenness remains and prevents the uniformity in the direction across the far-field distribution.

従って、各放射体が充分に近付けて離間配置される一
方、位相ロックされずつまり相互に対し非コーヒレント
になり、遠域における正味の光強度が個々の放射体の光
強度を加算した結果となるようにせしめる何らかの機構
または手段を導入する必要がある。この機構または手段
は、各放射体の幾何学的形状における横方向のズレ、も
しくは屈折率ガイド型レーザアレイ構造で個々の放射体
間に介設される隔離の形で与え得る。放射体を横方向に
ズラす一例が第5図に、光学的隔離の一例が第6図にそ
れぞれ示してある。
Thus, while the radiators are spaced sufficiently close together, they are not phase locked or noncoherent with respect to each other and the net light intensity in the far range is the result of adding the light intensity of the individual radiators. It is necessary to introduce some mechanism or means to do so. This mechanism or means may be provided in the form of lateral deviations in the geometry of each radiator, or in the form of isolations interposed between the individual radiators in a refractive index guided laser array structure. An example of lateral displacement of the radiator is shown in FIG. 5 and an example of optical isolation is shown in FIG.

第5図は、レーザエレメントの幾何学的オフセット形状
を具体化することによって形成された複数の密接に近付
けて離間配置したレーザエレメントを有する非コーヒレ
ントなレーザアレイ40を示している。第5図における個
々の放射体は、各レーザエレメントを垂直及び横方向に
ズラしたことによりアレイ中において光学的に非結合
で、従って位相ロックされない。レーザアレイ40の構造
は例えばn−GaAsの基板42から成り、これが通常の方法
で選択的にエッチングされ、メサ45とチャンネル47が交
互に繰り返す周期的構造43を与える。次に、金属−有機
化学的気相被着(MO−CVD)成長法を用いて、半導体層4
4〜48をエピタキシャル成長する。レーザ構造と関連し
たこれら各層は、n−Ga1-xAlxAs(但しxは0.4)のク
ラッド層44と;単一活性層または単一量子井戸構造また
はマルチ量子井戸構造で構成し得る活性領域46と;n−Ga
1-xAlxAs(但しxは0.4)のクラッド層48と;p+−GaAsの
キャップ層50である。レーザアレイ40は個々の放射体54
の領域に高電流を閉じ込めるのに適した陽子またはイオ
ン注入部、さらにキャップ層50上のG−AuまたはTi−Pt
−Auメタル化層56及びAu−Ge合金層を備えることもで
き、その後基板42の底面上にCr−AuまたはTi−Pt−Auメ
タル化層52が設けられる。
FIG. 5 illustrates a non-coherent laser array 40 having a plurality of closely spaced laser elements formed by implementing a geometrically offset geometry of the laser elements. The individual radiators in FIG. 5 are optically decoupled in the array by virtue of the vertical and lateral offsets of each laser element and are therefore not phase locked. The structure of the laser array 40 comprises a substrate 42 of, for example, n-GaAs, which is selectively etched in a conventional manner to provide a periodic structure 43 of alternating mesas 45 and channels 47. Next, a metal-organic chemical vapor deposition (MO-CVD) growth method is used to form the semiconductor layer 4
Epitaxially grow 4 to 48. Each of these layers associated with the laser structure includes a cladding layer 44 of n-Ga 1-x Al x As (where x is 0.4); and an active layer which may be a single active layer or a single quantum well structure or a multi-quantum well structure. Region 46 and; n−Ga
A cladding layer 48 of 1-x Al x As (where x is 0.4) and a cap layer 50 of p + -GaAs. The laser array 40 has individual radiators 54
A proton or ion implant suitable for confining high current in the region of G, and also G-Au or Ti-Pt on the cap layer 50.
An -Au metallization layer 56 and an Au-Ge alloy layer may also be provided, after which a Cr-Au or Ti-Pt-Au metallization layer 52 is provided on the bottom surface of the substrate 42.

この非プレーナ型アレイにおける個々のレーザ放射体54
の横方向分離は、各放射体の垂直方向における光域が周
期的な構造43によって形成され且つ各層44〜48を貫く強
い光導波部で極めて密に閉じ込められるため、非プレー
ナ型の放射体アレイと比べ寸法上小さくできる。例え
ば、放射体54で表わされる各レーザキャビティ間の横方
向ズレを2〜3μmとすれば、隣接するレーザエレメン
ト間における光結合を回避するのに適切であるととも
に、プレーナ型アレイで可能な間隔より接近した横方向
つまり水平方向の間隔を可能とする。また、レーザアレ
イ40の幾何学的ズレ形状を用いたより密接な間隔は、ア
レイに印加されるポンピング電流をいっそう効率的に利
用可能とする。レーザ放射体の最小横方向分離は垂直方
向の平面分離に依存するが、10μmより小さくし得る。
Individual laser emitters 54 in this non-planar array
Lateral separation of the non-planar radiator array because the vertical light field of each radiator is confined very tightly by the strong optical waveguides formed by the periodic structure 43 and penetrating each layer 44-48. Can be made smaller compared to. For example, if the lateral displacement between the laser cavities represented by the radiator 54 is 2 to 3 μm, it is suitable to avoid optical coupling between the adjacent laser elements, and the distance between the laser cavities is smaller than that of the planar type array. Allows close lateral or horizontal spacing. Also, the closer spacing of the laser array 40 using the geometric offset allows the pumping current applied to the array to be used more efficiently. The minimum lateral separation of the laser emitter depends on the vertical plane separation, but can be smaller than 10 μm.

第6図は、複数の密接に近付けて離間配置したレーザエ
レメントを有し、不純物誘起の無秩序化(II D)によっ
て形成された非コーヒレントなレーザアレイ60を示して
いる。便宜上と簡単化のため3個だけのレーザ放射体78
を示すが、もっと多数の放射体を形成できるのは明らか
である。
FIG. 6 shows a non-coherent laser array 60 formed by impurity-induced disordering (II D) having a plurality of closely spaced laser elements. Only three laser emitters 78 for convenience and simplicity
, But it is clear that more radiators can be formed.

レーザアレイ60はn−GaAsの基板62から成り、この基板
上に次の各層がエピタキシャル被着される:n−Ga1-xAlx
As(xは例えば0.4に等しい)のクラッド層64で、層厚
は約1.5μm;単一活性層または単一量子井戸構造また
は、例えば各々7nm厚のGa0.65Al0.35Asバリヤ層で相互
に分離された各々10nm厚の4つのGaAs量子井戸層で構成
されたマルチ量子井戸構造から成る活性領域66;p−Ga
1-xAlxAs(xは例えば0.4に等しい)のクラッド層68
で、層厚は約0.8μm;及び層厚約0.1μmのp+−GaAs層7
0。活性領域はpドープ、nドープあるいは非ドープい
ずれでもよい。
The laser array 60 consists of a substrate 62 of n-GaAs on which the following layers are epitaxially deposited: n-Ga 1-x Al x
A cladding layer 64 of As (x equals, for example, 0.4) with a layer thickness of about 1.5 μm; separated by a single active layer or a single quantum well structure or, for example, a Ga 0.65 Al 0.35 As barrier layer each 7 nm thick. Active region 66 composed of four GaAs quantum well layers each having a thickness of 10 nm; p-Ga
1-x Al x As clad layer 68 (x equals 0.4, for example) 68
And the p + -GaAs layer 7 has a layer thickness of about 0.8 μm; and a layer thickness of about 0.1 μm.
0. The active region may be p-doped, n-doped or undoped.

第6図に示したII Dn型領域72をを形成するため、拡散
窓のアレイをキャップ層70上に被着されたSi3N4膜上に
パターン形成した後、拡散プロセス用のシリコン源とな
るシリコン膜が被着される。レーザアレイ60の処理工程
は、厚さ100nmのSi3N4膜の被着から始まる。この膜がフ
ォトリトグラフィでパターン形成され、Si拡散によって
領域72を形成するための窓または開口を与える。次に、
約50nm厚のシリコン膜をアレイ上に被着した後、約100n
m厚の別のSi3N4膜が被着される。拡散は850℃で7.5時間
行ない、最終的に図中78で表わしたレーザ発振フィラメ
ントとなる部分に隣接した区域中の活性領域を無秩序化
する。
After forming an array of diffusion windows on the Si 3 N 4 film deposited on the cap layer 70 to form the II Dn type region 72 shown in FIG. A silicon film is deposited. The processing steps of the laser array 60 begin with the deposition of a 100 nm thick Si 3 N 4 film. This film is photolithographically patterned to provide windows or openings for forming regions 72 by Si diffusion. next,
After depositing about 50 nm thick silicon film on the array, about 100 n
Another the Si 3 N 4 film of m thickness is deposited. Diffusion is carried out at 850 ° C. for 7.5 hours to finally disorder the active region in the area adjacent to the portion which will be the lasing filament represented by 78 in the figure.

n型のSi拡散領域は、活性領域66を貫いて延びた斜線領
域72として示してある。拡散領域は、各レーザエレメン
トの光キャビティの一部を形成するかまたはその一部と
して機能する活性層及びその他いずれの層をも貫いて延
びるのが好ましい。この点に関連して、拡散は例えば内
部クラッド層内のアルミニウム比率に応じ、下方のクラ
ッド層64内へ部分的に延びるのが最良である。追加の内
部閉じ込め層が活性領域を備えている場合には、それら
の閉じ込め層もレーザエレメントの光キャビティの一部
であるので、拡散は閉じ込め層を貫いて延びるのが好ま
しい。実現されるべき結果は、隣り合うキャビティ間に
延びる消散光波の重複によって隣り合うキャビテイ間で
安定な位相ロックが生じるのを防ぐのに充分な程度、拡
散が各レーザエレメントの光キャビティを貫き延びてい
なければならない点にある。拡散領域72が消散光波の光
学的閉じ込めと共に、放射体78で表わされる個々のレー
ザキャビティに対するキャリャの閉じ込めを与えること
によって、個々のレーザエレメントは相互に光学的に結
合されることなく、約4〜10μmの中心間距離で密接に
近付けて離間配置可能となる。
The n-type Si diffusion region is shown as the shaded region 72 extending through the active region 66. The diffusion region preferably extends through the active layer and any other layer that forms or functions as part of the optical cavity of each laser element. In this regard, the diffusion is best partly extended into the lower cladding layer 64, depending on, for example, the proportion of aluminum in the inner cladding layer. If the additional inner confinement layers comprise active regions, the diffusion preferably extends through the confinement layers as they are also part of the optical cavity of the laser element. The result to be achieved is that the diffusion must extend through the optical cavities of each laser element enough to prevent a stable phase lock between adjacent cavities due to the overlap of dissipative light waves extending between adjacent cavities. There is something that must be done. The diffusion region 72 provides optical confinement of the dissipative light waves, as well as carrier confinement for the individual laser cavities represented by the radiators 78, so that the individual laser elements are not optically coupled to each other and may range from about 4 to The center-to-center distance of 10 μm makes it possible to closely arrange them closely.

拡散後、Si層と両方のSi3N4層がCF4プラズマ中でのエッ
チングによって除去される。次に、交差斜線領域74で示
すようにZn拡散して、n型Si拡散GaAsキャップ層70とク
ラッド層68の一部をp型層に再変換する。この結果得ら
れる活性領域中のレーザ発振接合と平行な寄生p−n接
合69の特性上、Zn拡散はクラッド層68内に入り込むこと
が重要である。Zn拡散の結果として、寄生p−n接合69
は高アルミニウムのクラッド層68内位置し、この接合は
GaAs活性領域66内におけるよりもはるかに高いオン切換
電圧を有する。p−n接合69におけるバンドギャップは
活性領域中のGaAs接合のバンドギャッピュより著しく高
いので、p−n接合69はある一定の接合電圧において活
性領域中のレーザ発振接合より著しく低い電流で導通す
る。このため、高アルミニウム内の接合69を通るリーク
電流はアレイ素子を流れる全電流の極めてわずかな一部
でしかなく、素子の性能を有意に低下させない。
After diffusion, the Si layer and both Si 3 N 4 layers are removed by etching in CF 4 plasma. Next, as shown by the cross-hatched area 74, Zn diffusion is performed to reconvert part of the n-type Si-diffused GaAs cap layer 70 and the cladding layer 68 into a p-type layer. Due to the characteristics of the parasitic pn junction 69 parallel to the laser oscillation junction in the active region obtained as a result, it is important that the Zn diffusion penetrates into the cladding layer 68. As a result of Zn diffusion, the parasitic pn junction 69
Is located in the high aluminum cladding layer 68,
It has a much higher on-switching voltage than in the GaAs active region 66. Since the bandgap at the pn junction 69 is significantly higher than the bandgap of the GaAs junction in the active region, the pn junction 69 conducts at a much lower current than the lasing junction in the active region at a certain junction voltage. . Thus, the leakage current through junction 69 in high aluminum is a very small fraction of the total current flowing through the array element and does not significantly degrade element performance.

さらに、素子の両外側2つの拡散領域72の中ほどよりや
ゝ多くを覆うように比較的広いマスクを位置合わせした
後、アレイ60の外側領域に対して陽子ボンバードによる
隔離が行なわれる。この隔離は第6図中点線で表わして
あり、隔離領域76を形成する。この陽子注入の目的は、
シリコンの拡散によって先に無秩序化されなかった外側
領域76で電流が流れるのを防ぐことにある。これを達成
するのに、陽子の注入は外側のSi無秩序化領域内のどこ
かに入っているだけでよく、従って注入用マスクの位置
合わせはそれほど厳密でない。
In addition, after a relatively wide mask is aligned to cover more than halfway between the two diffusion regions 72 on both sides of the device, proton bombardment isolation is performed on the outer regions of the array 60. This isolation is represented by the dotted line in FIG. 6 and forms an isolation region 76. The purpose of this proton injection is
It is to prevent current flow in the outer region 76 which was not previously disordered by the diffusion of silicon. To achieve this, the proton implants need only fall somewhere within the outer Si disordered region, so the alignment of the implant mask is less critical.

線量3×1015、エネルギー70keVでの陽子注入後、レー
ザアレイ60はギャップ層70上においてCr−AuまたはTi−
Pt−Auでメタル化される共にAu−Geで合金化された後、
基板62の底面上にCr−AuのまたはTi−Pt−Auがメタル化
される。
After proton implantation at a dose of 3 × 10 15 and an energy of 70 keV, the laser array 60 is formed on the gap layer 70 by Cr-Au or Ti-.
After being metallized with Pt-Au and alloyed with Au-Ge,
Cr-Au or Ti-Pt-Au is metallized on the bottom surface of the substrate 62.

パッシベーションのため、レーザアレイ60の前面上にλ
/2のAl2O3層を被着してもよい。また反射率を95%に高
めて、素子のレーザ発振しきい値を約20〜30%減じるた
め、Al2O3−Si λ/4層の対から成る6層のマルチ積層を
背面に被着してもよい。
Λ on the front of the laser array 60 for passivation
A / 2 Al 2 O 3 layer may be applied. Also, in order to increase the reflectance to 95% and reduce the laser oscillation threshold of the device by about 20 to 30%, a multi-layered structure of 6 layers consisting of a pair of Al 2 O 3 —Si λ / 4 layers was deposited on the back surface. You may.

幾つかの異なった拡散核種でもII D無秩序化効果を発生
できることが、これまでに実証されている。例えば、Z
n、Ge、Sn及びSによっても無秩序化は可能であるま
た、浅いレベルまたは深いレベルの不純物として作用す
るSe、Mg、Sn、O、S、Be、Te、SI、Mn、Zn、Cd、Ln、
CrまたはKr等の元素を注入後、As環境下で行なうのが最
良の高温アニール(熱処理)を施すことによっても無秩
序化可能である。
It has previously been demonstrated that several different diffusing nuclides can also generate II D disordering effects. For example, Z
Disordering is also possible with n, Ge, Sn and S. Also, Se, Mg, Sn, O, S, Be, Te, SI, Mn, Zn, Cd, Ln which act as impurities at a shallow level or a deep level. ,
It is possible to make disorder by performing high temperature annealing (heat treatment) which is best performed in an As environment after implanting an element such as Cr or Kr.

レーザ素子において、亜鉛及びシリコン両方の拡散によ
る無秩序化は首尾よく構成されており、これらの素子で
最終的に達成可能な下方しきい値が大きな興味の対象で
あった。II Dを用いた素子はキャリヤに対し非常に強い
横方向閉じ込めを有するので、しきい値電流は主に、フ
オトリトグラフィック工程で得られ拡散工程で維持可能
なレーザ接触ストライプの巾によって制限される。前述
のように作成されたII Dレーザ構造において、素子の幾
何学的形状は、活性領域と隣り合う拡散領域との接触を
避けながら、接触マスクがレーザ発振フィラメントの巾
より小さい寸法に位置合わせされることを要求した。そ
のため、各レーザ放射体毎に例えば2μm巾等非常に狭
いレーザ発振フィラメントが所望な場合、レーザ発振ス
トライプの巾は達成可能な拡散窓の最小開口とこれに対
応した位置合わせ許容差とによって制限されることにな
る。この問題は、位相ロックを生じることなく放射体を
密接に近付けて離間配置するのが極めて望まれるような
種類のマルチ放射体レーザアレイを作製するのが好まし
いときさらに複雑化される。しかし、レーザアレイ60の
新規な特徴は、アレイ素子の巾全体を横切ってn型拡散
をp型補償域で完全に浸漬し、アレイ全体をポンピング
するのに単一の広い面積の表面接触を使えるようにする
という概念にある。この技法を用いれば、放射体相互の
間隔が6μmで各放射体の巾を約2μm以下に首尾よく
減少することができ、この結果例えば約53mAの電流しき
い値、250mW CW以上までのパワー出力を持つ放射体10個
のレーザアレイ60が作製される。
Dispersion disorder by diffusion of both zinc and silicon has been successfully constructed in laser devices, and the lower threshold ultimately attainable with these devices has been of great interest. Since IID devices have very strong lateral confinement to carriers, the threshold current is mainly limited by the width of the laser contact stripe that can be obtained in the photolithographic process and maintained in the diffusion process. . In the II D laser structure created as described above, the device geometry is such that the contact mask is dimensioned to be smaller than the width of the lasing filament while avoiding contact between the active region and adjacent diffusion regions. Demanded that. Therefore, if a very narrow lasing filament, for example 2 μm wide, is desired for each laser radiator, the width of the lasing stripe is limited by the minimum achievable aperture of the diffusion window and the corresponding alignment tolerance. Will be. This problem is further compounded when it is desirable to make a multi-emitter laser array of the kind in which it is highly desirable to place the emitters in close proximity and without phase locking. However, a novel feature of laser array 60 is that it completely dips the n-type diffusion in the p-type compensation region across the entire width of the array element, allowing the use of a single large area surface contact to pump the entire array. The idea is to do so. Using this technique, it is possible to successfully reduce the width of each radiator to less than about 2 μm with 6 μm spacing between the radiators, resulting in a current threshold of about 53 mA, power output up to 250 mW CW or more, for example. A laser array 60 of 10 radiators with is produced.

(発明の効果) 以上から、位相ロックつまり光結合を生じることなくア
レイ内レーザ発振エレメントの密接に近付けた離間配置
が達成され、電気光学的モジュレータ及びプリンタに最
も適した広い範囲で一様な遠域放射分布を形成できる
他、低い動作電流のしきい値を与えるとともに、同等の
出力パワーを持つLED超ルミネセント素子と比べ熱発生
を低くし得ることが明らかであろう。
(Advantages of the Invention) From the above, the closely spaced separation of the laser oscillation elements in the array is achieved without causing phase lock, that is, optical coupling, and a wide range of uniform distances most suitable for electro-optic modulators and printers is achieved. It will be clear that in addition to being able to produce a regional emission distribution, it can provide a low operating current threshold and lower heat generation compared to LED superluminescent devices of comparable output power.

超ルミネセントLEDと比べてこの発明の非コーヒレント
なレーザアレイが持つ幾つかの利点は次の通りである:
第1に、遠域放射分布に特別なローブが現われない。第
2に、光結合でなく、アレイ中の個々のレーザエレメン
トの異なるスペックルパターンの加算効果が生じるため
遠域におけるスペックルパターンが減少し、この遠域で
の組み合わせ効果が遠域放射パターンにおける高レベル
の一様な強度をもたらす。第3に、約50mAという電流し
きい値は、加熱問題の著しい減少を明らかに実証してい
る。第4に、本レーザアレイは超ルミネセントLEDより
も約20〜40%以上高い効率を有する。第5に、本レーザ
アレイはその電流/温度動作特性が低いため、異なった
種類の電気光学的ラインモジュレータ及びラインプリン
タの各種光源の入力条件に対して広いパワー適用範囲を
与える。
Some advantages of the non-coherent laser array of the present invention over superluminescent LEDs are as follows:
First, no special lobes appear in the far-field radiation distribution. Secondly, the speckle pattern in the far range is reduced because the effect of addition of different speckle patterns of individual laser elements in the array occurs instead of optical coupling, and the combination effect in the far range is reduced in the far field radiation pattern. Provides a high level of uniform intensity. Third, the current threshold of about 50 mA clearly demonstrates a significant reduction in heating problems. Fourth, the laser array is about 20-40% more efficient than superluminescent LEDs. Fifth, because of its low current / temperature operating characteristics, the laser array provides wide power coverage for different types of electro-optical line modulators and line printer input sources.

第7及び8図は電力対電流出力の特性と、第5図に関連
して前述した2μm巾の放射体78を備え、放射体相互間
の間隔が6μmのマルチ量子井戸構造を有するマルチ放
射体レーザアレイ60の近域及び遠域放射分布を示してい
る。このアレイのレーザ発振しきい値は53mAである。第
7図におけるパルス状パワー対電流の曲線80は、62%の
差量子効率を与える。直列抵抗の測定値が1.3Ωなら、2
50mWにおけるパワー変換の総効率は43%である。こうし
た高い効率値は、レーザ発振フィラメントの導波部がSi
の拡散工程で生じる比較的わずかなロスしか生じないこ
とを立証している。また第7図の挿入図に示した近域放
射パターンから、放射体がはっきりと解像されたゼロ分
離を持つ事実で証明されているように、横方向の光閉じ
込めが強いことが明らかである。さらに、アレイを成す
10個の各放射体間における一様性も高いことに留意され
たい。
7 and 8 show characteristics of power vs. current output, and a multi-radiator having a multi-quantum well structure having a 2-μm wide radiator 78 described above with reference to FIG. 5 and having a spacing between the radiators of 6 μm. 3 shows the near-field and far-field radiation distributions of the laser array 60. The lasing threshold of this array is 53 mA. The pulsed power vs. current curve 80 in FIG. 7 gives a difference quantum efficiency of 62%. If the measured series resistance is 1.3Ω, then 2
The total efficiency of power conversion at 50 mW is 43%. Such a high efficiency value is obtained when the waveguide part of the lasing filament is made of Si.
It has been demonstrated that there is relatively little loss that occurs in the diffusion process of. The near-field radiation pattern shown in the inset of FIG. 7 also reveals a strong lateral optical confinement, as evidenced by the fact that the radiator has a clearly resolved zero separation. . In addition, form an array
Note that the uniformity among the 10 radiators is also high.

第8図においては、100、150及び250mAのパルス状動作
と150mAのCW(連続波状)動作に関する一様な巾広の遠
域放射分布が、よく一致したガウス分布で示されている
ように、位相ロックを生じずに印加入力を増巾する非コ
ヒーレントな動作が別々の放射体間に存在することを示
している。各放射体78は、異なった印加電流下で何らの
位相ロック状態を引き起さずに6μm内へ密接に近付け
て離間配置し得る。
In Figure 8, the uniform wide far-field distributions for 100, 150 and 250 mA pulsed operation and 150 mA CW (continuous wave) operation are shown as well matched Gaussian distributions, It is shown that there is non-coherent behavior between the separate radiators that enhances the applied input without causing phase lock. Each radiator 78 may be closely spaced within 6 μm without causing any phase lock condition under different applied currents.

こゝで述べた可視域の放射波長を持つレーザアレイを作
製するのに、例えばInGaP/InGaAsP/InGaPまたはAlGaInP
/InGaP/AlGaInP等その他の合金も使用できる。
In order to fabricate the laser array having the emission wavelength in the visible region described here, for example, InGaP / InGaAsP / InGaP or AlGaInP
Other alloys such as / InGaP / AlGaInP can also be used.

また、レーザアレイ各層のドーピング型はp型II D領域
72の場合明らかに反転される。さらに、吸収を高エネル
ギー側にシフトさせるため、レーザ出射面近くの小領域
上で量子井戸活性領域を熱的にアニールすることによっ
て、透明窓をレーザアレイの出射面に形成してもよい。
The doping type of each layer of the laser array is p-type II D region.
In the case of 72, it is obviously reversed. Furthermore, in order to shift the absorption to the high energy side, a transparent window may be formed on the emission surface of the laser array by thermally annealing the quantum well active region on a small region near the laser emission surface.

以上本発明を幾つか特性の実施例について説明したが、
上記の説明に基づき多くの代替、変更及び変形が可能な
ことは当業者にとって明らかであろう。従って、本発明
は特許請求の範囲に記載の精神及び範囲内に入るそのよ
うな代替、変更及び変形を全て包含するものである。
The present invention has been described above with reference to some characteristic examples.
It will be apparent to those skilled in the art that many substitutions, modifications and variations are possible based on the above description. Accordingly, the present invention is intended to embrace all such alterations, modifications and variations that fall within the spirit and scope of the appended claims.

【図面の簡単な説明】[Brief description of drawings]

第1図は本発明を実施するための電気光学的ラインプリ
ンタの概略側面図; 第2図は第1図に示したプリンタの平面図; 第3図はTIRマルチゲートラインモジュレータの拡大側
面図; 第4図は第3図に示したモジュレータの拡大底面図で、
モジュレータの個々にアドレス可能な電極を示す図; 第5図は第1図に示したプリンタで使われる非コーヒレ
ントなレーザアレイの概略図; 第6図は第1図に示したプリンタで使われる別の非コー
ヒレントなレーザアレイの概略図; 第7図は第6図に示したレーザアレイに関するパルス状
及びCW(連続波状)パワー帯電流特性のグラフで、100m
Aの駆動電流における近域放射分布を示す;及び 第8図は第6図に示したレーザアレイに関する遠域放射
特性のグラフである。 11……ラインプリンタ、 12……電気光学的ラインモジュレータ、 40,60……非コーヒレントレーザアレイ、 45,47;72……構造手段(45;メサ、47;チャンネル、72;
隔離領域(拡散領域))、 54,78……放射体(レーザエレメント)。
1 is a schematic side view of an electro-optical line printer for carrying out the present invention; FIG. 2 is a plan view of the printer shown in FIG. 1; FIG. 3 is an enlarged side view of a TIR multi-gate line modulator; FIG. 4 is an enlarged bottom view of the modulator shown in FIG.
FIG. 5 shows individually addressable electrodes of the modulator; FIG. 5 is a schematic diagram of a non-coherent laser array used in the printer shown in FIG. 1; FIG. 6 is another diagram used in the printer shown in FIG. Fig. 7 is a schematic diagram of a non-coherent laser array; Fig. 7 is a graph of pulsed and CW (continuous wave) power band current characteristics for the laser array shown in Fig.
FIG. 8 shows a near-field radiation distribution at a drive current of A; and FIG. 8 is a graph of far-field radiation characteristics for the laser array shown in FIG. 11 …… Line printer, 12 …… Electro-optical line modulator, 40,60 …… Noncoherent laser array, 45,47; 72 …… Structural means (45; Mesa, 47; Channel, 72;
Isolation area (diffusion area), 54,78 ... Radiator (laser element).

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 トーマス エル パオリ アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94022 ロス アルトス サイプレス ド ライヴ420 (72)発明者 ロバート ディー バーナム アメリカ合衆国 カリフォルニア州 94306 パロ アルト サウス コート 2912 (56)参考文献 米国特許4479221(US,A) ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continued Front Page (72) Inventor Thomas El Paoli, California 94022 Los Altos Cypress Drive 420 (72) Inventor Robert Dee Vernam, California 94306 Palo Alto South Court 2912 (56) Reference U.S. Pat. (US, A)

Claims (4)

【特許請求の範囲】[Claims] 【請求項1】電気光学的ラインモジュレータまたはライ
ンプリンタ等用の非コーヒレントな光非結合レーザアレ
イであって、該レーザアレイが複数の空間的場所を占め
たレーザ放射体を備えたレーザアレイにおいて、高いパ
ワー密度及び一様な遠域放射分布を有し、レーザアレイ
の隣り合う放射体間での位相ロックを生じずに上記一様
な遠域放射分布を与えるのに充分なだけ接近させてレー
ザ放射体を離間配置可能とする手段がレーザアレイに設
けられたことを特徴とする非コーヒレントな光非結合レ
ーザアレイ。
1. A non-coherent optically uncoupled laser array, such as for an electro-optical line modulator or line printer, wherein the laser array comprises laser emitters occupying a plurality of spatial locations. The laser has a high power density and a uniform far-field distribution, and is close enough to provide such a uniform far-field distribution without phase locking between adjacent radiators of the laser array. A non-coherent optically uncoupled laser array, characterized in that the laser array is provided with means for allowing the radiators to be spaced apart.
【請求項2】一様な強度の遠域放射分布を形成するよう
に空間的に接近して形成された一連の複数のレーザエレ
メントと、該レーザエレメントの相互間に設けられ、レ
ーザエレメントの消散光域が位相ロックを生じるように
隣り合うレーザエレメントの光キャビティ内へ重複する
のを防ぐ構造手段とを備えて成る非コーヒレントな光非
結合レーザアレイ。
2. A series of laser elements formed spatially close to each other so as to form a far-field radiation distribution of uniform intensity, and a laser element provided between the laser elements and dissipating the laser elements. And non-coherent optically uncoupled laser arrays, the structural means preventing the optical zones from overlapping into the optical cavities of adjacent laser elements to cause phase locking.
【請求項3】前記構造手段がレーザエレメントの隣り合
う光キャビティの横方向及び斜め方向のズレから成る特
許請求の範囲第2項の非コーヒレントな光非結合レーザ
アレイ。
3. The non-coherent optically uncoupled laser array of claim 2 wherein said structural means comprises lateral and oblique misalignment of adjacent optical cavities of the laser element.
【請求項4】前記構造手段が、レーザレイを横切って延
び、レーザエレメントの光キャビティを相互に光学的に
隔離し且つ隣り合うレーザエレメント間の光結合を防ぐ
のに充分な距離だけレーザアレイ内へ延びた複数の空間
的に離間して配設された隔離領域から成る特許請求の範
囲第2項の非コーヒレントな光非結合レーザアレイ。
4. The structure means extends across the laser ray and into the laser array a distance sufficient to optically isolate the optical cavities of the laser elements from each other and prevent optical coupling between adjacent laser elements. The non-coherent optically uncoupled laser array of claim 2 comprising a plurality of extended spatially spaced isolation regions.
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